JP5117034B2 - タイヤ騒音低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールに装着されるタイヤ騒音低減装置に関し、更に詳しくは、タイヤ道路騒音を改善するようにしたタイヤ騒音低減装置に関する。

道路交通騒音の一つとしてタイヤ道路騒音がある。このタイヤ道路騒音は、タイヤのトレッド面が路面と接地してから離れるまでの過程で、タイヤと路面の相互作用により生じる複数の音の発生要因が絡み合って発生するものである。主要な音の発生源として、タイヤが接地した際に、トレッド溝内の空気が圧縮、放出のポンピング作用を受けて発生するパターンエアポンピング音や、タイヤのトレッドパターンの不連続な部分が接地する際に、路面から受けた衝撃によりサイドウォール部やリムが振動して発生するパターン加振音がある。

また、トロイダル状のタイヤが接地してトレッド部が平面状に変形する際に、トレッド部が路面に擦られ、その部分が局部的に振動して発生する接地摩擦振動音や、路面の小さな空隙がトレッド面でシールされることにより、路面空隙内の空気がポンプ作用を受けて発生する、路面空隙によるエアポンピング音、更には路面の細かい凹凸がトレッド部を加振することによって発生する、路面凹凸による加振音などがある。

従来、上記タイヤ道路騒音を改善するため、ホイールに、サイドウォール部の振動を抑制する制振材を配置したり、吸音材を取り付けたり、或いは共鳴筐を配置するなどの技術が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。

しかしながら、近年の環境意識の高まりから、道路交通騒音対策に対するニーズが強く、中でもタイヤ道路騒音の低減が重要な課題となっており、タイヤ道路騒音を更に低減できる新たな技術の提案が望まれていた。
特開２００４−３０６７２９号公報 特開２０００−３３５２０１号公報 特開２００５−１５３５号公報

本発明の目的は、タイヤ道路騒音の改善に寄与するタイヤ騒音低減装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤ騒音低減装置は、ホイールに装着されるタイヤ騒音低減装置であって、前記ホイールの側面に固定され該ホイールと共に回転する回転部と、該回転部にベアリングを介してホイール回転軸を中心に前記回転部に対して回転自在に取り付けられ前記回転部の回転時に前記ホイール及び前記回転部と共に回転しない非回転部とを有し、該非回転部の下側部分に設けられた共鳴管取付部に一端が開口し他端が閉止された共鳴室を有する共鳴管を開口する一端が下向きとなるようにして複数配列したことを特徴とする。

上述した本発明によれば、ホイールに装着されるタイヤ騒音低減装置において、一端が開口する共鳴室を有する複数の共鳴管を開口する一端が下向きとなるようにして配列したので、タイヤのトレッド部と路面が接地する領域で発生して車両側方に放射される、タイヤ道路騒音として生活環境に大きく影響する騒音を、開口する一端から共鳴管の共鳴室内に効率良く導き入れ、侵入する騒音の音波と共鳴室内で反射して出ていく騒音の音波との打ち消し作用により、共鳴室内に侵入した騒音を消音することができる。従って、生活環境に大きく影響する車両側方に放射されるタイヤ道路騒音を効果的に低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１，２は、本発明のタイヤ騒音低減装置の一実施形態を示し、１はタイヤ騒音低減装置、２はホイール、Ｔはホイール２のリム２Ｒに装着した空気入りタイヤである。

タイヤ騒音低減装置１は、ホイール２の側面に固定される回転部３と、この回転部３にに取り付けられる非回転部４と、非回転部４に配設される複数の共鳴管５を有している。回転部３は、円盤状の回転部本体６と、この回転部本体６の裏面６ａの外周端部から一体的突設される環状のフランジ部７を備えている。このフランジ部７をリム２Ｒに形成した環状の取付孔２ｂに嵌合させることにより、タイヤ騒音低減装置１がホイール２に着脱自在に装着され、ホイール２に取り付けられた回転部３は、ホイール２と共に回転可能になっている。

ここでは、回転部３のフランジ部７をリム２Ｒの取付孔２ｂに嵌合固定する構成にしたが、それに代えて、ボルトなどの締結手段により回転部３をホイール２に固定するようにしてもよい。

回転部本体６の表面６ｂの中心部には、非回転部４を支持する支持軸８がホイール回転軸２Ｘと同軸上に突設され、その支持軸８の先端にベアリング９を介して非回転部４が回転自在に設けられている。

非回転部４は、支持軸８に取り付けられる円盤状の非回転部本体１０と、この非回転部本体１０の下側に配置した矩形板状の共鳴管取付部１１を有している。非回転部本体１０の表面１０ｂの下側部分に一体的に突設した突起部１２に、共鳴管取付部１１の裏面１１ａの上端部が固定されている。非回転部本体１０と回転部本体６との間には環状のベアリング１３が配置され、回転部３に対して非回転部４が回転自在になっている。

このように下方に共鳴管取付部１１を配置したことで非回転部４の重心がホイール回転軸２Ｘより下方に位置し、ホイール２に装着された回転部３がホイール２と共に回転した際に、非回転部４は回転せず、非回転部４の回転が阻止される構成になっている。

路面ＲＳの近くまで延びる共鳴管取付部１１の裏面１１ａの下側領域に、直線状に延在する複数の共鳴管５が取り付けられている。各共鳴管５は、一端５ａが開口し、他端５ｂが閉止されており、共鳴管５内にはタイヤ道路騒音と共鳴する長さを有する共鳴室５Ｘ（図３参照）が形成されている。複数の共鳴管５は、開口する一端５ａを下向きにして、所定の間隔でホイール２のディスク面２Ｄに沿う方向となる横方向に配列されている。

開口する一端５ａは、共鳴管取付部１１の下端に位置し、路面ＲＳに接地する空気入りタイヤＴのトレッド部Ｔ１の接地部分Ｔ１ａに近い位置に配置されている。路面ＲＳから共鳴管５の開口する一端５ａまでの距離としては、例えば、７０ｍｍ程度にすることができる。

複数の共鳴管５は、接地領域全体をカバーするように、路面ＲＳと接地する空気入りタイヤＴの周方向におけるタイヤ接地長ＴＬを超えるように配列されている。このようにタイヤ接地長ＴＬを超える範囲に共鳴管５を配置することより、空気入りタイヤＴのトレッド部Ｔ１の接地部分Ｔ１ａから車両側方外側に向けて放射されるタイヤ道路騒音を共鳴管５により効果的に低減するようにしている。

共鳴管５を構成する材料としては、一端が開口する共鳴室５Ｘを形成できればいずれの材料を使用してもよく、例えば、金属、樹脂、ゴムなどを挙げることができる。好ましくは、ゴムや樹脂などの弾性材料を使用するのがよく、それにより路面ＲＳ上の突起物などが共鳴管５に衝突した際に、共鳴管５が弾性変形して損傷を回避することができる利点がある。

共鳴管５の共鳴室５Ｘの長さＬとしては、略４ｃｍ〜１５ｃｍにすることができる。一端を開口し、他端を閉止した管は、管内の空洞部の長さＬ１と音の周波数ｆが、Ｌ１＝ｃ／（４ｆ）の関係を満足すると、開口する一端から空洞部内に入った音が共鳴する。即ち、管の空洞部内に入ってくる音波と反射により空洞部から出ていく音波が打ち消し合い、消音する共鳴現象を発生する。前述したパターンエアポンピング音などのタイヤ道路騒音の周波数は約５７０Ｈｚから約２．１ｋＨｚの範囲であり、この範囲において共鳴室５Ｘが共鳴する長さが略４ｃｍ〜１５ｃｍである。なお、式中ｃは音速である。

これら複数の共鳴管５は、図１に示すように、共鳴室５Ｘの長さＬが異なる複数の共鳴管から構成するのが好ましい。これによりタイヤと路面の相互作用により生じる複数の音の発生要因が絡み合って発生するタイヤ道路騒音をより効果的に低減することができる。図１に示す例では、共鳴室５Ｘの長さＬが異なる３種類の共鳴管５から構成されているが、これに限定されず、共鳴室５Ｘの長さＬが異なる２種類以上複数種類の共鳴管５から構成することができる。当然のことながら、タイヤの騒音特性により、共鳴室５Ｘの長さＬが同じ１種類の共鳴管５から構成することも可能である。

上記した複数の共鳴管５は、円管状であっても、角管状であってもよく、その断面形状は特に限定されない。

上記のように構成されるタイヤ騒音低減装置１は、ホイール２に装着した際に、タイヤハウス（フェンダー）から外側にはみ出さない寸法になっている。

走行する車両側方には歩道や人家があるため、車両通過時にタイヤハウス内から車両側方外側に放射される音が、タイヤ道路騒音として生活環境に大きく影響する。この外側に放射される騒音は、主としてトレッド部Ｔ１と路面ＲＳが接地する領域で発生する。そこで、本発明では、一端５ａが開口する共鳴室５Ｘを有する複数の共鳴管５を開口する一端５ａが下向きとなるようにして配列し、開口する一端５ａをトレッド部Ｔ１と路面ＲＳが接地する領域の方に向くようにしたのである。

これによりトレッド部Ｔ１と路面ＲＳが接地する領域で発生する、タイヤ道路騒音として生活環境に大きく影響する騒音を開口する一端５ａから共鳴管５の共鳴室５Ｘ内に効率良く導き入れて共鳴させ、音波の打ち消し合い作用により共鳴室５Ｘ内に侵入した騒音を消音することができる。従って、生活環境に大きく影響する車両側方に放射されるタイヤ道路騒音を効果的に低減することが可能になり、タイヤ道路騒音の改善に大きく寄与する。

また、タイヤ道路騒音の音源と共鳴管５の開口する一端５ａが波長に比べて十分に近い距離となるため、発生音響パワー自体の低減も期待することができる。更に、車両の側方外側に放射されるタイヤ道路騒音の一部を非回転部４（共鳴管取付部１１）により反射させ、側方外側への放射を抑えることができる。従って、タイヤ道路騒音の一層の改善が可能になる。

図４は、本発明のタイヤ騒音低減装置の他の実施形態を示す。このタイヤ騒音低減装置１は、図１，２に示すタイヤ騒音低減装置１において、更に下記の構成要素を加えたものである。従って、図１，２に示すタイヤ騒音低減装置１と同じ構成要素は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図４のタイヤ騒音低減装置１は、非回転部４が、更に第２の共鳴管取付部１４を備えている。共鳴管取付部１１の一端側に板状の第２の共鳴管取付部１４が取り付けられており、その裏面１４ａの下方側に、開口する一端５ａを下向きにした上記共鳴管５が複数固定されている。この複数の共鳴管５は、空気入りタイヤＴをリム組みしたホイール２にタイヤ騒音低減装置１を取り付けた際に、空気入りタイヤＴのトレッド面Ｔ１ａ（図２参照）に対面する位置となるようにして、ホイール幅方向となる方向に所定の間隔で配列されている。

このように空気入りタイヤＴのトレッド面Ｔ１ｂに対面する位置にも、開口する一端５ａを下向きにした共鳴管５を配置することにより、車両前方向あるいは後方向に放射されるタイヤ道路騒音の低減も可能になり、タイヤ道路騒音の一層の改善が可能になる。

図４のタイヤ騒音低減装置１は、共鳴管５を取り付けた第２の共鳴管取付部１４を共鳴管取付部１１の一端側に設けたが、共鳴管取付部１１の他端側に配設するようにしてもよく、更には共鳴管取付部１１の両端側に設けるようにしてもよい。

図５に示すように、音源２１から共鳴管５（共鳴室５Ｘの長さＬが８５ｍｍ、直径が４０ｍｍ）を１１１ｍｍ離して、中心間距離４４ｍｍで１３個の共鳴管５を直線状に配列し、その配列した共鳴管５の中央から０．５ｍ離れた高さ０．２５ｍの各位置Ｐ１〜Ｐ１３（０〜１８０°まで１５°間隔）で、音源２１からの音圧レベルを１／３オクターブ中心周波数１０００Ｈｚ帯でシミュレートしたところ、図６に示す結果を得た。０°の位置Ｐ１と１８０°の位置Ｐ１３は共鳴管５がない場合と同等であった。図６から、車両の側方（真横）となる位置Ｐ７（９０°の位置）において約８ｄＢ減衰し、大きな低減効果を得ることができるのがわかる。

本発明において、共鳴管５は、上記のように直線状に延在する構成に代えて、曲線状であってもよく、更には図７に示すように、文字や記号、数字などの表示体を構成する形状に形成してもよい。騒音低減効果は共鳴管５内の共鳴室５Ｘの長さに依存するため、各表示体の下端に位置する部分を開口し、その下端から共鳴室５Ｘの長さを適宜設定するようにすればよい。

表示体の形状に共鳴管５を形成した際に、共鳴管取付部１１が透明な材料から構成されている場合には、表示体が視認できるので上述したように裏面１１ａに設けることができるが、共鳴管取付部１１が非透明な材料から構成されている場合には、図７に示すように、共鳴管取付部１１の表面１１ｂに共鳴管５を取り付け、視認できるようにする。その際に、表示体の下端（共鳴管５の一端５ａ）の開口が共鳴管取付部１１の下端より上に位置すると、共鳴管取付部１１に遮られて開口からタイヤ道路騒音が共鳴室５Ｘ内に入り難くなるため、表示体の下端の開口が共鳴管取付部１１の下端と同じか、それより下側となるようにする。

当然のことながら、図１，２，４に示す共鳴管５も、同様にして共鳴管取付部１１の表面１１ｂに設けることができる。

また、図８に示すタイヤ騒音低減装置１のように、共鳴管取付部１１の裏面１１ａに上記共鳴管５を上下２段に配置するようにしてもよい。上側に配置される共鳴管５Ｍは、サイドウォール部Ｔ２やリム２Ｒが加振されることにより発生する加振音のタイヤ道路騒音を低減するために配置するものであり、共鳴室５Ｘの長さＬがそのタイヤ道路騒音を低減する長さとなるようにしてある。図８の例では、複数の共鳴管５Ｍが斜めに傾斜するようにして配置され、開口する一端５Ｍａを下向きにして開口する一端５Ｍａがサイドウォール部Ｔ２やリムＲ２の近傍となるようにしている。

共鳴管５Ｍの開口する一端５Ｍａが、サイドウォール部Ｔ２やリムＲ２の近傍となる位置になれば、開口する一端５Ｍａは上記した下向きに限定されず、横向きであっても上向きであってもよい。

非回転部４は、上記実施形態では、円盤状の非回転部本体１０に矩形板状の共鳴管取付部１１を固定する構成にしたが、非回転部本体１０と共鳴管取付部１１とを一体構造にしたものであってもよく、例えば、図９に示すタイヤ騒音低減装置１のように、１枚の二等辺三角形状の板体から非回転部４を構成するようにしてもよい。

本発明のタイヤ騒音低減装置１は、特にタイヤ道路騒音の大きいバスやトラックなどに使用される重荷重用空気入りタイヤ用のタイヤ騒音低減装置として好ましく用いることができるが、当然のことながらそれに限定されない。

本発明のタイヤ騒音低減装置の一実施形態を示す正面図である。 図１のタイヤ騒音低減装置を、空気入りタイヤを装着したホイールのリムに取り付けた状態で示す断面図である。 共鳴管の拡大断面図である。 本発明のタイヤ騒音低減装置の他の実施形態を示す側面図である。 シミュレート条件を示す説明図である。 シミュレート結果を示すグラフ図である。 共鳴管の他の例を示す説明図である。 本発明のタイヤ騒音低減装置の更に他の実施形態を示す正面図である。 本発明のタイヤ騒音低減装置の更に他の実施形態を示す正面図である。

符号の説明

１ タイヤ騒音低減装置
２ ホイール
２Ｄ ディスク面
２Ｒ リム
２Ｘ ホイール回転軸
３ 回転部
４ 非回転部
５ 共鳴管
５Ｘ 共鳴室
５ａ 一端
５ｂ 他端
Ｌ 長さ
Ｔ 空気入りタイヤ
ＴＬ タイヤ接地長

Claims (8)

1. ホイールに装着されるタイヤ騒音低減装置であって、前記ホイールの側面に固定され該ホイールと共に回転する回転部と、該回転部にベアリングを介してホイール回転軸を中心に前記回転部に対して回転自在に取り付けられ前記回転部の回転時に前記ホイール及び前記回転部と共に回転しない非回転部とを有し、該非回転部の下側部分に設けられた共鳴管取付部に一端が開口し他端が閉止された共鳴室を有する共鳴管を開口する一端が下向きとなるようにして複数配列したタイヤ騒音低減装置。
2. 前記共鳴管をホイールのディスク面に沿う方向となる横方向に配列した請求項１に記載のタイヤ騒音低減装置。
3. 前記共鳴管をタイヤ接地長を超えるように配列した請求項２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記共鳴管は、共鳴室の長さが異なる複数の共鳴管からなる請求項１，２または３に記載のタイヤ騒音低減装置。
5. 前記共鳴管の上側に、更に一端が開口し他端が閉止された共鳴室を有する複数の共鳴管を配置した請求項１，２，３または４に記載のタイヤ騒音低減装置。
6. 開口する一端を下向きにした前記共鳴管を、更にホイールのリムに装着される空気入りタイヤのトレッド面に対面する位置となるようにホイール幅方向となる方向に複数配列した請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
7. 前記共鳴管の共鳴室の長さが４ｃｍ〜１５ｃｍである請求項１乃至６のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
8. 前記共鳴管が弾性材料からなる請求項１乃至７のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。

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